[논문]자기공명영상 기술의 현재와 미래의 동향

백현만

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문제 정의

이 논문에서, 우리는 MRI 시스템의 최신 기술들의 동향을 살펴보고, 향후 미래에 그 기술들이 임상연구에 어떠한 영향을 미치는지 문헌조사를 통해 알아보았다.
최근 2011년에 Siemens사는 (그림 10)과 같이 PET과 MRI를 한 갠트리(single gantry) 속에 결합하는 방식으로 PET-MRI 제품을 개발하여 상품화하였다^[10]. 이제품은 몸 전체에 걸쳐 MRI과 PET 데이터를 동시에 수집할 수 있어 이미징 기능에 엄청난 도약을 가져왔으며 질병의 진단과 이해를 위한 연구의 새로운 영역을 열었다. 향후 미래에 그 활용가치가 기대된다.

대상 데이터

자기공명현상을 일으키기 위한 MRI 마그넷의 종류는 자장을 발생시키는 재료 또는 방법에 따라서 영구자석형 마그넷(permanent magnet), 상전도형 마그넷(resistive magnet), 그리고 초전도형 마그넷(superconductive magnet) 등으로 구분이 된다. 자장의 크기 단위는 Tesla를 사용하며 1Tesla는 10,000 Gauss이다. 영구자석형 마그넷은 자장의 세기를 유지하는데 전원이 필요하지 않지만 무게가 무거운 단점을 가지고 있다.

성능/효과

0T MRI는 촬영시간이 짧고, 고해상도의 뛰어난 영상을 제공한다는 장점을 가지고 있다. 또한 원통형인 마그넷 보어의 크기가 기존 장비보다 좀 더 넓어져 환자들에게 편안함을 제공함으로써 비만, 폐쇄공포증 등으로 인한 검사 거부감을 최소화하였다. 3.
0T MRI를 사용하여 다발성경화증(multiple sclerosis, MS) 환자로부터 뇌의 병변을 촬영한 결과를 보여주고 있다. 1.5T에 비해 3.0T MRI에서 병변이 더 선명하게 잘 보였으며, 정상인의 뇌에서도 1.5T에서 감지되지 않았던 의심되는 병변이 3.0T에서는 감지되었다. 최근에 초고자장(ultra-high field) MRI 시스템인 7.
또한, 공간적 인코딩(spatial encoding)이 가능한 다중코일의 장점을 이용하기 위하여 MR 펄스시퀀스의 개발도 이어졌다^[19-21]. 주요한 SNR의 향상은 다중채널헤드코일(multi-channel head coils)을 사용하여 그 가능성을 확인할 수 있었다. 최근에 상품화된 MRI 시스템들은 최소 8채널을 사용하고 있으며 적어도 16채널에 대한 역량(capability)을 갖추고 있다.

후속연구

기능적 fMRI와 같은 뉴로이미징 연구에서는 의심할 여지없이 뇌피질(brain cortex)에서 높은 SNR의 혜택을 갖게 되지만, 두뇌 속 깊은 곳에서 줄어든 감도는 임상연구를 위해서는 바람직하지 않다. 따라서 앞으로 10년 동안 RF코일기술의 추가적인 개발이 불가피하며 구체적인 임상연구는 그 기술개발에 따라 증가할 것이다.
병렬전송은 다중채널수신기와 유사한 코일배열시스템(coil array systems)을 사용하여 수행되지만 동시에 영상신호를 여기하고 수신하기 위해서는 그 코일들을 같이 사용한다. 흥미롭게도, 이 기술은 초고장 강도의 영상의 질을 개선하기 위한 필요성에서 생겨났지만, 잠재적으로 3.0T MRI 시스템에도 도움이 될 것으로 사료된다. 최근에 Philips사가 3.
이제품은 몸 전체에 걸쳐 MRI과 PET 데이터를 동시에 수집할 수 있어 이미징 기능에 엄청난 도약을 가져왔으며 질병의 진단과 이해를 위한 연구의 새로운 영역을 열었다. 향후 미래에 그 활용가치가 기대된다.
따라서 통합적인 PET-MRI 장비의 개발은 PET 검출기기술, MRI시스템의 통합, 그리고 소프트웨어의 새로운 접근방식 등, 각 분야에서 상당한 발전을 요구한다. 앞으로 PET-MRI 의 융합기술개발은 향후 10년 이내에 임상 및 의학연구에 가장 큰 영향을 미칠 것으로 사료된다.
그 이유는 MRI를 PET에 결합하게 되면 PET-CT에 비해 더욱 좋은 조직의 대조도로 훨씬 더 넓은 영역에서 가능한 이미지 형식들을 제공함으로써 임상 PET의 응용성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 특히, PET-MRI 시스템은 비침습적인 방법으로 암의 조기진단 및 치료효과의 모니터링에 있어서 종양학자에게 큰 도움을 줄 것으로 사료된다. 하지만 여전히 PET과 MRI 데이터를 동시에 획득하는 과정에서 많은 문제들이 존재하고 있기 때문에 혁신적인 PET-MRI 융합기술의 개발이 절대적으로 필요하다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

MRI는 언제 등장 하였는가?

MRI는 핵자기공명(nuclear magnetic resonance, NMR)의 기본적인 현상을 연구하던 물리학자들의 실험실로부터 1970년대에 등장하였고, 신속하게 임상연구와 과학의 대부분 영역으로 침투하여 확장되었다. <표 1>은 MRI의 주요발견 및 기술개발에 관한 역사에 대하여 간략히 보여준다.

자기공명영상이란 무엇인가?

자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI) 은 비침습적으로(non-invasively) 인체 내부의 해부학적 또는 병리학적 정보를 영상으로 나타내주는 진단영상도구(diagnostic imaging tool)이다. 또한 조직의 생화학적, 기능적인 영상정보도 획득할 수 있으며 원하는 각도로 3차원적인 영상 촬영이 가능하며 해상력이 뛰어나 질병의 진단 및 치료모니터링에 매우 유용하게 사용되는 이미징 기술(imaging technique)이다[1-3].

PET-CT에 비교해서 PET-MRI가 가지는 장점은?

0T MRI의 사용이 늘어나면서 두뇌뿐만 아니라 그 외의 신체영역에서 MRI의 임상적 활용이 크게 증가하고 PET-CT의 제한점들이 인식되기 시작하면서 다시 PET-MRI의 개발이 활발해지기 시작하였다[31]. CT에 비해 MRI 는 조직의 대조도와 연부조직을 구별하는 탁월한 기능을 제공하기 때문에 PET과 결합하게 되면 훨씬 더 넓은 영역에서 임상의 활용성을 향상시킬 수 있다. 그러나 이 프로토타입의 디자인은 두 스캐너가 공간적으로 분리되어 있어 동시에 영상을 얻을 수 없기 때문에 PET-CT에 비교해서 PET-MRI가 가지는 장점을 100% 살릴 수 없고, 전체 촬영시간이 배가 된다는 단점을 가지고 있다.

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